Faktore asko dira gaur egungo ibilgailuen teknologien elektrifikazio partziala edo osoa lortzeko interesa areagotu dutenak, hala nola gero eta zorrotzagoak diren gas kutsatzaileen emisio-politikak, erregai fosilen urritasuna eta hauen prezioen hegazkortasuna. Halaere, barne errekuntzako motoreetan oinarritutako ibilgailuetatik abiatuta motore elektrikotan oinarritutakoetarako trantsizioa era mailakatuan ematen ari da. Hainbat mugarri teknologiko lortu dira azkenengo harmakadetan, oinarrizko osagaien garapenetik hasi eta silizioan (Si) egindako potentzia moduluekin eginiko eragingailu elektriko integratuetaraino. Testuinguru honetan, ibilgailuen industriak zein eragile politikoek eta sozialek gaur egungo eragingailu elektrikoen teknologia bere muturretara bultzatzen ari dira. Hala nola DOE, Horizon 2020, USCAR eta UN ESCAP bezalako erakundeek potentzia eletronikoari dagozkion hurrengo helburu teknologikoak ezarri dituzte:

1- Bihurgailuaren potentzia-dentsitatearen % 50-eko igoera (8,7 kW/l-tik 13,4 kW/l-ra).

2- Bihurgailuaren eroate eta kommutazio-galeren % 50-eko murrizketa.

3- Potentzia-elektronikaren fabrikazio kostua murriztea (30 $/kW-tik 8 $/kW-ra).

4- Hozte-prozesuaren sinplifikazioa eta osagaien murrizketa.

5- Masa (\% 35) eta bolumen (% 40) totalaren murrizketa, 1,1 kW/kg-tik 1,4 kW/kg-ra eta 2,6 kW/l-tik 4 kW/l-ra.

Esate baterako, AEBko energia-sailak % 14.1 kW/kg-ko potentzia-dentsitatea eta % 98-ko eraginkortasuna duten potentzia-bihurgailuen garapena espero du 2020 urterako, hau dena 3,3 $/kW-tako preziotik behera.

Helburu hauek trakzio-sistemaren atal nagusien garapena sustatzen dute. Bateria, potentzia-bihurgailua eta motorea. Lan honen ikerketa-ildoa aipatutako helburuak burutzeko beharrezkoak diren potentzia-moduluen azterketara eta garapenera bideratzen da.

Ildo honetan, lan honek potentziako-erdieroaleen artearen egoera sakon bat eta moduluen barne diseinuko aspektu asko aurkezten ditu. Beraien goi-mailako ezaugarriak direla eta, banda zabaleko erdieroaleak (Wide bandgap, WBG), silizio karburoan (SiC) oinarritutakoak batez ere, siliziozko erdieroaleen etorkizuneko aukera bezala aurkezten dira. Honekin batera, gaur egungo silizio eta WBG teknologiaren merkatu azterketa bat egin eta potentzia-modulu baten barruan muntatzeko gailu egokienak azpimarratzen dira.

Potentziako-erdieroaleen teknologiaz gain, paralelizatutako gailuen konexio elektrikorako kontzeptu garrantzitsuenak aztertu dira. Kontzeptu hauek potetnzia-moduluen diseinurako irizpideak proposatzeko eta garatzeko erabiliko dira, eginkizun hau erraztuz. Potentzia-moduluen eskakisun elektrikoak kontuan hartuta, potentzia-moduluen diseinurako irizpideen kontzeptu garrantzitsuenak identifikatu dira literatura zientifikoa, industriala eta komertziala aztertuz horretarako. Irizpide hauek, WBG die-ak era optimoan paralelizatzeko kontrol eta potentzia seinaleak modu egokian bideratzea ahalbidetzen dute.

Aurkeztutako diseinu-irizpide hauek PCB sustratoan oinarritutako hiru zirkuituetan baieztatu dira, hauen jokaera ikertzeko simulazio elektrikoak erabiliz (zirkuituen eredu elektromagnetikoa + potentzia-erdieroaleen Spice-eko eredua). Zirkuitu hauetan paralelizazio eta simetria-kontzeptuak modu mailakatu batean erabili dira, hauek potentzia bihurgailu baten hiru atal ezberdin irudikatuz: potentzia-etengailua, half-bridge-a eta DC-link-a. Emaitzak, bi kontzeptu hauen mailakatze eta korronte-tentsio oreken arabera sailkatu eta aurkeztu dira.

Azkenik, bi potentzia-modulu proposamen aurkeztu dira: symmetric eta cell diseinuak. Biak half-bridge topologiak dira (potentzia-bihurgailuen oinarrizko osagaia kontsideratuta), eta bietan erabili dira tesian garatutako diseinu irizpide nagusiak. Symmetric diseinuan simetria-kontzeptu zorrotzago bat erabiliz erdieroale bakoitzean korronte oraken eragin da. Cell diseinuko abantaila nagusiak erdieroaleen kokapenagatik ematen dira, snubber kondentsadoredun P eta N cell konfigurazioak ezarri dira (MOSFET-ak eta diodoak konmutazio bukletik ahal dan gertuenen kokatzen dira) konexioen luzapena txikiagotuz eta zirkuitua orekatuz. ADS-ko simulazioak aplikatutako diseinu-irizpideak balioztatzeko erabili dira. Honekin batera, 1D eta 3D simulazio-teknikak, Matlab eta COMSOL Multiphysics konbinatzen duten metodologia espezifiko bat garatu da modelo elektro-termiko konplexu bat lortzeko. Aipatutako guztia potentzia-moduluak egoera errealetako baldintzetan testeatzeko erabili da, puntu kritikoak eta fidagarritasun arazoak ez daudela baieztatuz.

Simulazio hauek, EV/HEV-tarako proposatutako potentzia-moduluen diseinu-irizpideak egiaztatzeko balio izan dute. Metodologia honen bitartez diseinuko arazo asko ekiditu ahal daitezkenez, prototipaziorako pausoa aurreratu, prototipazioa puntu tekniko hobe batetik hasi eta garapenaren denbora osoa murrizten da.